Technologia wytwarzania wodoru ewoluuje

Technologia wytwarzania wodoru ewoluuje

Energochłonność wytwarzania wodoru jest jednym z czynników, które skutecznie powstrzymują ekspansję tego nośnika energii. Uznawany za paliwo przyszłości wodór pozyskuje się głównie za pomocą samodzielnej elektrolizy wody oraz reformingu metanu lub innych paliw węglowodorowych. Metody tego typu wymagają dużych nakładów pod względem energetycznym i ekonomicznym. Jednak nie są one jedyne.

Jednym z pomysłów na wytwarzanie wodoru jest „zaprzęgnięcie” do tego procesu sił natury, np. energii wiatru lub słońca. Badania nad tego typu rozwiązaniami prowadzone są m.in. w USA w ramach projektów finansowanych przez Departament ds. Energii oraz NASA. Pierwsze rozwiązania w tej materii już powstały. Można do nich zaliczyć opracowany przez firmę Nonoptek moduł do produkcji wodoru zasilany wyłącznie energią słoneczną.

Rozwiązanie Nanoptek to połączenie nano-technologii oraz techniki solarnej. Nowy proces technologiczny zapowiada się obiecująco, zwłaszcza niski koszt wytwarzania może sprawić, że produkcja wodoru jako ekologicznego paliwa stanie się popularna.

Proces może okazać się wystarczająco tani, by konkurować z obecnie znanymi metodami produkcji wodoru, pozyskiwanego głownie z gazu ziemnego. Dodatkową jego zaletą jest wyeliminowanie emisji dwutlenku węgla, ponieważ otrzymywanie wodoru dokonywane jest z pominięciem konwersji termicznej paliw węglowodorowych.

W opracowanym rozwiązaniu znalazł zastosowanie tlenek tytanu (IV), tani i dostępny materiał, którego zadaniem jest absorbowanie jak największej ilości energii promieniowania słonecznego. Zabsorbowana energia powoduje uwolnienie elektronów, które rozbijają cząsteczki wody i powodują wydzielenie wodoru.

„Już w przeszłości naukowcy wykorzystywali tlenek tytanu do rozbijania cząstek wody ale badacze z Nanoptek znaleźli sposób na zmodyfikowanie tego procesu, by absorbować większe ilości energii słonecznej, co czyni proces tańszym i bardziej wydajnym” – powiedział John Guerra założyciel firmy.

Od 1970 roku naukowcy znali właściwość tlenku tytanu (IV) jako katalizatora w reakcjach rozbijania cząstek wody. Jednak materiał ten, chociaż jest tani i nie ulega zniszczeniu w wodzie absorbuje jedynie światło ultrafioletowe, które stanowi niewielką część energii promieniowania słonecznego. Wykonano wiele doświadczeń by zwiększyć absorpcję światła ale rezultaty nie były zadowalające.

Naukowcy z Nanoptek zwrócili się w kierunku technologii półprzewodnikowej, uzyskując w ten sposób lepsze właściwości absorpcyjne. Producenci układów scalonych od dawna wiedzieli, że naprężania materiału powodują ściskanie lub rozciąganie na poziomie pojedynczych atomów, co powoduje zmianę właściwości materiału. Fakt ten wykorzystał Guerra, który odkrył, że nałożenie warstwy tlenku tytanu (IV) na wypukłe nanostruktury powoduje, że atomy są rozdzielane od siebie. „Kiedy atomy są rozdzielone potrzeba mniej energii, by uwolnić elektrony z orbity. Oznacza to, że można użyć promieniowanie o mniejszej energii – czyli światła słonecznego a nie jedynie ultrafioletu” – mówi Guerra.

Naprężenia w strukturze atomowej powodują również, że elektrony mogą łatwiej przemieszczać się przez materiał. Jednak gdy naprężenia są zbyt duże elektrony mogą być ponownie zaabsorbowane przez materiał przed rozbiciem cząstek wody. Nanoptek znalazł równowagę pomiędzy absorpcją większej ilości światła a uwolnieniem elektronów, tak by mogły się swobodnie przemieszczać przez materiał.

Jeśli nowa technologia sprawdzi się rozwiązany zostanie jeden z fundamentalnych problemów wstrzymujących wprowadzenie wodoru do powszechnego użytku. Produkcja z zastosowaniem nowej technologii może być zlokalizowana bliżej potencjalnych odbiorców, co może znacznie ograniczyć koszty transportu i dystrybucji paliwa. Najważniejszą zaletą jest bez wątpienia brak występowania w procesie produkcji wodoru niepożądanego dwutlenku węgla.

Nonoptek, który rozwinął swoje badania głównie za sprawą funduszy przyznanych przez NASA i Departament Energetyki, zgromadził w ostatnim okresie kapitał inwestycyjny w wysokości 4,7mln dolarów i zamierza wybudować pilotażową fabrykę.

(am)